В Испании гидроэнергетика является одним из наиболее распространенных видов возобновляемой энергии, на долю которой приходится от 8% до 16% годового производства электроэнергии в стране. Однако повышение эффективности гидроэнергетики при одновременном снижении технологических затрат остается ключевой задачей современных исследований в этой области.

Исследование, проведенное учеными из Политехнического университета Мадрида (UPM), демонстрирует, что комбинированное использование подключенных к сети систем хранения энергии — с помощью электронных преобразователей частоты (аккумуляторов, маховиков и суперконденсаторов) — и гидроаккумулирующих электростанций может повысить эффективность гидроаккумулирующих электростанций, а также снизить износ оборудования, тем самым уменьшив технологические затраты.

Первоначальная цель этой работы, в которой также участвовали Центр энергетических, экологических и технологических исследований (CIEMAT) и компания Schwungrad Energie Ltd., заключалась в изучении преимуществ скоординированной работы маховиков (технология, способная накапливать большое количество энергии для последующего использования) и гидроаккумулирующих электростанций. В последнем случае, когда спрос на энергию снижается, генерируя избыток энергии в сети, вода из нижнего резервуара перекачивается в верхний резервуар (операция перекачки) для использования этого избытка энергии.

«С одной стороны, маховики обладают превосходными возможностями регулирования активной и реактивной мощности и высокой удельной мощностью; их размеры являются гибкими с точки зрения мощности и энергии, и они выдерживают большое количество циклов заряда-разряда. С другой стороны, гидроаккумулирующие электростанции обладают емкостью хранения электроэнергии, которая в настоящее время превосходит любую другую технологию хранения, и обеспечивают превосходную надежность», — объясняет Хуан Игнасио Перес Диас, исследователь из группы гидроинформатики и управления водными ресурсами Школы гражданского строительства, каналов и портов Мадридского технического университета (UPM).

Возможная и выгодная интеграция.
В результате своей работы исследователи обнаружили, что комбинированное использование обеих технологий не только повышает эффективность процесса, но и снижает износ оборудования и улучшает частотное качество электрической системы.

«Полученные на сегодняшний день результаты показывают, что благодаря соответствующим стратегиям управления и алгоритмам планирования генерации скоординированная работа систем быстрого хранения энергии (подключенных к сети через силовые электронные преобразователи), гидроэлектростанций и гидроаккумулирующих электростанций может способствовать увеличению доходов гидроэлектростанций и гидроаккумулирующих электростанций на рынках энергии и балансирующих услуг», — говорит Перес Диас. «Кроме того, это способствует интеграции нерегулируемых возобновляемых источников энергии (ветровая, солнечная фотоэлектрическая и гидроэнергетика руслового типа) и, таким образом, облегчает переход к системе, полностью основанной на возобновляемых источниках электроэнергии».

Для исследователей важность этой работы также заключается в возможностях, которые она предоставляет для содействия междисциплинарному сотрудничеству в создании рабочих мест, не говоря уже о ее потенциале стимулировать развитие возобновляемой энергетики и защиту окружающей среды.

«По состоянию на декабрь 2018 года установленная мощность гидроэлектростанций и гидроаккумулирующих электростанций в мире составляла 1292 ГВт и 160 ГВт соответственно, при этом на гидроаккумулирующие электростанции приходилось 99% от общей мощности систем хранения электроэнергии, подключенных к сети в 2016 году», — поясняет исследователь из UPM. «Учитывая, что реализация этой исследовательской идеи потребует сотрудничества инженерных компаний, производителей систем хранения электроэнергии, силовой электроники, а также систем контрольно-измерительной аппаратуры, социальное воздействие в плане занятости, которое окажет скоординированная эксплуатация небольшой доли установленной мощности гидроэлектростанций и гидроаккумулирующих электростанций с системами быстрого хранения, будет исключительным. Кроме того, это окажет положительное влияние на сектор возобновляемой энергетики, способствуя его внедрению, а следовательно, и на окружающую среду», — заключает Хуан Игнасио Перес

. Перес-Диас, М. Лафос, Ф. Берк, «Интеграция быстродействующих систем хранения энергии в существующие гидроаккумулирующие электростанции для повышения эффективности регулирования частоты системы», Wiley Interdisciplinary Energy Reviews, 2019; e367. https://doi.org/10.1002/wene.367